Cad iad na difríochtaí idir teicneolaíochtaí MBE agus MOCVD?

Feidhmíonn an dá imoibreoir epitaxy léas móilíneach (MBE) agus miotail-orgánach sil-leagan ceimiceach gaile (MOCVD) i dtimpeallachtaí seomra glan agus úsáid a bhaint as an tsraith chéanna d'uirlisí méadreolaíochta do thréithriú sliseog. Úsáideann foinse soladach MBE réamhtheachtaithe eiliminteacha ardíonachta a théitear i gcealla eisilte chun léas móilíneach a chruthú chun sil-leagan a chumasú (le nítrigin leachtach a úsáidtear le haghaidh fuaraithe). I gcodarsnacht leis sin, is próiseas ceimiceach gaile é MOCVD, a úsáideann foinsí gásacha ultra-íona chun sil-leagan a chumasú, agus éilíonn sé láimhsiú agus laghdú gáis tocsaineacha. Is féidir leis an dá theicníc epitaxy comhionann a tháirgeadh i roinnt córas ábhar, mar shampla arsenides. Déantar plé ar theicníc amháin thar an gceann eile maidir le hábhair, próisis agus margaí ar leith.

Epitaxy Bhíoma Mhóilíneach

Cuimsíonn imoibreoir MBE de ghnáth seomra aistrithe samplach (ar oscailt don aer, chun foshraitheanna slise a luchtú agus a dhíluchtú) agus seomra fáis (séalaithe de ghnáth, agus gan ach oscailte don aer le haghaidh cothabhála) ina n-aistrítear an tsubstráit le haghaidh fáis epitaxial. . Feidhmíonn imoibreoirí MBE i gcoinníollacha folúis ultra-ard (UHV) chun éilliú ó mhóilíní aeir a chosc. Is féidir an seomra a théamh chun aslonnú na n-ábhar salaithe seo a luathú má tá an seomra oscailte don aer.

Go minic, is leathsheoltóirí soladacha nó miotail iad na bunábhair a bhaineann le epitaxy in imoibreoir MBE. Déantar iad seo a théamh thar a leáphointí (i.e. galú bunábhar) i gcealla eisilte. Anseo, déantar adaimh nó móilíní a thiomáint isteach i bhfolússheomra MBE trí chró beag, rud a thugann léas móilíneach ardtreoch. Cuireann sé seo isteach ar an tsubstráit téite; a dhéantar de ghnáth as ábhair aonchriostail cosúil le sileacan, arsainíd ghailliam (GaAs) nó leathsheoltóirí eile. Ar choinníoll nach ndéanann na móilíní dí-asú, beidh siad idirleata ar dhromchla an tsubstráit, ag cur fás epitaxial chun cinn. Ansin déantar an epitaxy ciseal tógtha suas le ciseal, le comhdhéanamh agus tiús gach sraithe á rialú chun na hairíonna optúla agus leictreacha atá ag teastáil a bhaint amach.

Tá an tsubstráit suite go lárnach, laistigh den seomra fáis, ar shealbhóir téite timpeallaithe ag cryoshields, os comhair na gcealla eisileadh agus an córas comhla. Rothlaíonn an sealbhóir chun deascadh aonfhoirmeach agus tiús epitaxial a sholáthar. Is plátaí fuaraithe nítrigine leachtacha iad na criosields a dhéanann éillithe agus adaimh a ghabháil sa seomra nach bhfuil gafa ar dhromchla an tsubstráit roimhe seo. Is féidir leis na héilleáin teacht ó dhí-asú an tsubstráit ag teochtaí arda nó trí ‘ró-líonadh’ ón léas móilíneach.

Leis an seomra imoibreora MBE ultra-ard-fholús is féidir uirlisí monatóireachta in-situ a úsáid chun an próiseas sil-leagan a rialú. Úsáidtear díraonadh leictreoin ardfhuinnimh (RHEED) chun monatóireacht a dhéanamh ar an dromchla fáis. Déanann frithchaitheamh léasair, íomháú teirmeach, agus anailís cheimiceach (mais-speictriméadracht, speictriméadracht Auger) anailís ar chomhdhéanamh an ábhair ghalaithe. Úsáidtear braiteoirí eile chun teocht, brú agus rátaí fáis a thomhas chun paraiméadair phróisis a choigeartú i bhfíor-am.

Ráta fáis agus coigeartú

Tá tionchar ag an ráta fáis epitaxial, atá de ghnáth thart ar an tríú cuid de monolayer (0.1nm, 1Å) in aghaidh an tsoicind, ag an ráta flosc (líon na n-adamh ag teacht ar dhromchla an tsubstráit, arna rialú ag teocht an fhoinse) agus teocht an tsubstráit. (a dhéanann difear d'airíonna idirleata na n-adamh ar dhromchla an fhoshraitheanna agus ar a n-asú, arna rialú ag teas an tsubstráit). Déantar na paraiméadair seo a choigeartú go neamhspleách agus monatóireacht a dhéanamh orthu laistigh den imoibreoir MBE, chun an próiseas epitaxial a bharrfheabhsú.

Trí rátaí fáis a rialú agus soláthar ábhair éagsúla ag baint úsáide as córas comhla meicniúil, is féidir cóimhiotail thrínártha agus cheathartha agus struchtúir ilchiseal a fhás go hiontaofa agus arís agus arís eile. Tar éis é a thaisceadh, déantar an tsubstráit a fhuaraithe go mall chun strus teirmeach a sheachaint agus déantar tástáil air chun a struchtúr agus a airíonna criostalach a thréithriú.

Saintréithe ábhar do MBE

Is iad seo a leanas na saintréithe atá ag córais ábhair III-V a úsáidtear in MBE:

●  Sileacan: Teastaíonn teochtaí an-ard le fás ar fhoshraitheanna sileacain chun dí-asú ocsaíd a chinntiú (> 1000 ° C), agus mar sin tá gá le téitheoirí speisialaithe agus sealbhóirí sliseog. Is ábhar gníomhach T&F fás III-V ar shileacan mar gheall ar shaincheisteanna a bhaineann leis an neamhréir sa tairiseach laitíse agus comhéifeacht leathnaithe.

●  Antamón: I gcás leathsheoltóirí III-Sb, ní mór teocht íseal an tsubstráit a úsáid chun dí-asú ón dromchla a sheachaint. D’fhéadfadh go dtarlódh ‘neamh-chomhréireacht’ ag teochtaí arda freisin, áit a bhféadfaí speiceas adamhach amháin a ghalú go fabhrach chun ábhair neamhstoiciméadracha a fhágáil.

●  Fosfar: I gcás cóimhiotail III-P, déanfar fosfar a thaisceadh ar an taobh istigh den seomra, rud a éilíonn próiseas glantacháin am-íditheach, rud a d'fhéadfadh a bheith neamh-inmharthana i rith an táirgthe ghearr.

Soilsiú gaile ceimiceach miotail-orgánach

Tá seomra imoibrithe ardteochta, uisce-fhuaraithe ag an imoibreoir MOCVD. Tá foshraitheanna suite ar susceptor graifíte a théitear trí théamh RF, resistive nó IR. Déantar gáis imoibrí a instealladh go hingearach isteach sa seomra próisis os cionn na bhfoshraitheanna. Baintear amach aonfhoirmeacht ciseal trí bharrfheabhsú a dhéanamh ar theocht, instealladh gáis, sreabhadh iomlán gáis, rothlú susceptor agus brú. Is hidrigin nó nítrigin iad gáis iompróra.

Chun sraitheanna epitaxial a thaisceadh, úsáideann MOCVD réamhtheachtaithe miotail-orgánacha an-ard-íonachta, mar shampla trimethylgallium do ghailliam nó trimethylaluminium d'alúmanam do na heilimintí grúpa-III agus gáis hidríde (arsine agus fosfín) do na heilimintí grúpa-V. Tá na miotail-orgánacha i mboilgeogóirí sreabhadh gáis. Déantar an tiúchan a instealladh isteach sa seomra próisis a chinneadh ag teocht agus brú an tsreafa miotail-orgánach agus gáis iompróra tríd an mboilgeog.

Díscaoileann na himoibrithe go hiomlán ar dhromchla an tsubstráit ag an teocht fáis, ag scaoileadh adaimh miotail agus seachtháirgí orgánacha. Déantar tiúchan na n-imoibrithe a choigeartú chun struchtúir chóimhiotail III-V éagsúla a tháirgeadh, mar aon le córas lasctha rith/vent chun an meascán gaile a choigeartú.

Is gnách go bhfuil an tsubstráit ina wafer aonchriostail d'ábhar leathsheoltóra cosúil le harsainíd ghailliam, fosfíd indium, nó sapphire. Lódáiltear ar an súdaire é laistigh den seomra imoibrithe a ndéantar na gáis réamhtheachtaithe a instealladh thairis air. Téann go leor de na miotail-orgánaigh ghalaithe agus gáis eile tríd an seomra fáis téite gan athrú, ach téann cuid bheag faoi phirealú (scáineadh), rud a chruthaíonn ábhair fhospeicis a ionsúnn isteach ar dhromchla an tsubstráit te. Mar thoradh ar imoibriú dromchla ansin ionchorpraítear na heilimintí III-V isteach i gciseal epitaxial. Mar mhalairt air sin, d’fhéadfadh dí-asú ón dromchla tarlú, agus imoibrithe neamhúsáidte agus táirgí imoibrithe a aslonnú ón seomra. Ina theannta sin, d’fhéadfadh roinnt réamhtheachtaithe ‘fás diúltach’ eitseáil an dromchla a spreagadh, mar shampla i ndópáil carbóin GaAs/AlGaAs, agus le foinsí eitse tiomnaithe. Rothlaíonn an susceptor chun comhdhéanamh agus tiús comhsheasmhach an epitaxy a chinntiú.

Cinntear an teocht fáis a theastaíonn san imoibreoir MOCVD go príomha trí phirealú riachtanach na réamhtheachtaithe, agus ansin optamaithe maidir le soghluaisteacht dromchla. Déantar an ráta fáis a chinneadh ag brú gaile na bhfoinsí miotail-orgánacha grúpa-III sna bubblers. Bíonn tionchar ag céimeanna adamhach ar an dromchla ar idirleathadh dromchla, agus is minic a úsáidtear foshraitheanna míthreoracha ar an gcúis seo. Teastaíonn céimeanna teochta an-ard chun fás ar fhoshraitheanna sileacain chun dí-asú ocsaíd (> 1000 ° C) a chinntiú, téitheoirí speisialtóireachta éilitheach agus sealbhóirí foshraitheanna wafer.

Ciallaíonn brú folúis agus céimseata an imoibreora go n-athraíonn teicnící monatóireachta in-situ iad siúd atá ag MBE, agus go ginearálta bíonn níos mó roghanna agus cumraíochta ag MBE. Maidir le MOCVD, úsáidtear piriméadracht cheartaithe emissivity le haghaidh tomhais teochta dromchla in-situ wafer (seachas cianrialtán teirmeachúpla); ceadaíonn frithchaiteacht garbhú dromchla agus anailís a dhéanamh ar an ráta fáis epitaxial; déantar bogha wafer a thomhas trí mhachnamh léasair; agus is féidir tiúchain orgániotalacha arna soláthar a thomhas trí mhonatóireacht gháis ultrasonaic, chun cruinneas agus in-atáirgtheacht an phróisis fáis a mhéadú.

Go hiondúil, saothraítear cóimhiotail ina bhfuil alúmanam ag teochtaí níos airde (> 650 ° C), agus saothraítear sraitheanna ina bhfuil fosfar ag teochtaí níos ísle (<650 ° C), le heisceachtaí féideartha do AlInP. Maidir le cóimhiotail AlInGaAs agus InGaAsP, a úsáidtear le haghaidh feidhmchláir teileachumarsáide, déanann an difríocht i dteocht scoilte airsín rialú an phróisis níos simplí ná mar a dhéantar le fosfín. Mar sin féin, le haghaidh athfhás epitaxial, áit a bhfuil na sraitheanna gníomhacha eitseáilte, is fearr le fosfín. Maidir le hábhair antamóiníde, tarlaíonn ionchorprú carbóin neamhbheartaithe (agus go ginearálta nach dteastaíonn) isteach in AlSb, mar gheall ar easpa foinse réamhtheachtaithe cuí, a chuireann srian le rogha cóimhiotail agus mar sin tá méadú ag teacht ar fhás antamóiníde ag MOCVD.

I gcás sraitheanna an-bhrú, mar gheall ar an gcumas úsáid a bhaint as ábhair arsanaidí agus fosfíde go rialta, is féidir brú-chothromú agus cúiteamh a dhéanamh, ar nós bacainní GaAsP agus toibreacha chandamach InGaAs (QWs).

Achoimre

Go ginearálta tá níos mó roghanna monatóireachta in-situ ag MBE ná mar atá ag MOCVD. Déantar an fás epitaxial a choigeartú de réir an ráta flosc agus teocht an tsubstráit, a rialaítear ar leithligh, le monatóireacht in-situ gaolmhar a cheadaíonn tuiscint i bhfad níos soiléire, díreach ar na próisis fáis.

Is teicníocht thar a bheith ilúsáideach é MOCVD is féidir a úsáid chun raon leathan ábhar a thaisceadh, lena n-áirítear leathsheoltóirí cumaisc, nítrídí agus ocsaídí, trí cheimic na réamhtheachtaithe a athrú. Ligeann rialú beacht ar an bpróiseas fáis feistí leathsheoltóra casta a dhéanamh a bhfuil airíonna oiriúnaithe acu le haghaidh feidhmeanna i leictreonaic, fótóinic agus optoelectronics. Bíonn amanna glanta seomra MOCVD níos tapúla ná MBE.

Tá MOCVD ar fheabhas maidir le hathfhás léasair aiseolais dáilte (DFBanna), gléasanna heitreastruchtúr faoi thalamh, agus treoraithe tonn-chomhcheangailte. D’fhéadfadh go n-áireofaí leis seo eitseáil in-situ den leathsheoltóir. Tá MOCVD, mar sin, an-oiriúnach do chomhtháthú monolithic InP. Cé go bhfuil comhtháthú monolithic i GaAs ina thús, cuireann MOCVD ar chumas fás roghnaithe limistéir, áit a gcuidíonn limistéir chumhdaigh tréleictreacha le spás a chur ar na tonnfhaid astaithe/ionsú. Is deacair é seo a dhéanamh le MBE, áit ar féidir taiscí ilchriostail a fhoirmiú ar an masc tréleictreach.

Go ginearálta, is é MBE an rogha modh fáis d'ábhair Sb agus is é MOCVD an rogha d'ábhair P. Tá cumais chomhchosúla ag an dá theicníc fáis maidir le hábhair As-bhunaithe. Is féidir freastal chomh maith anois ar mhargaí traidisiúnta MBE amháin, amhail leictreonaic, le fás MOCVD. Mar sin féin, le haghaidh struchtúir níos forbartha, mar shampla poncanna chandamach agus léasair cascáid chandamach, is minic a fearr MBE don epitaxy bonn. Más gá athfhás epitaxial, is fearr go ginearálta MOCVD, mar gheall ar a sholúbthacht eitseála agus chumhdaigh.